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Tema13: Fresado 1/27

MÓDULO IV: MECANIZADO POR ARRANQUE DE

VIRUTA

TEMA 13: Fresado

TECNOLOGÍAS DE FABRICACIÓN

Grado en Ingeniería en Organización Industrial

DPTO. DE INGENIERÍA MECÁNICA

Universidad del País Vasco – Euskal Herriko Unibertsitatea


Contenidos

1. Introducción - Características del proceso de fresado y tipos de piezas

- Descripción del proceso de fresado

2. Operaciones y herramientas más comunes

3. Herramientas de fresado - Partes de una herramienta de fresado

- Ángulos de los filos de una fresa

- Acción de cada diente en la pieza

4. Parámetros de fresado - Parámetros básicos de una operación de fresado

- Avance por diente y espesor de viruta

- Sección de viruta

- Fuerza de corte

- Potencia de corte

5. Fresadoras: Descripción y algunas arquitecturas

6. Cuestionario tutorizado

7. Oportunidades laborales: empresas y productos


1. Introducción

CARACTERÍSTICAS DEL PROCESO DE FRESADO

Y TIPOS DE PIEZAS:

• Operaciones de mecanizado para piezas de

geometría diversa: piezas prismáticas,

complejas, superficies inclinadas, ...

• VENTAJAS DEL PROCESO

• Cualquier geometría.

• Buena precisión y acabado superficial

comparado con fundición/forja.

• Flexibilidad: desde piezas unitarias

hasta largas series.

• Diferentes materiales (limitación en

materiales muy duros).

• LIMITACIONES DEL PROCESO

• Proceso caro.

• Limitado en algunos materiales muy

difíciles de trabajar.

Partes fresadas

Superficies planas y acabado de zonas

de piezas fundidas/forjadas


1. Introducción

Piezas de geometría compleja: moldes,

matrices, alabes, piezas aeronáuticas,…


Y TIPOS DE PIEZAS:













• Proceso caro.




Mov. Principal

1. Introducción

DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE FRESADO

• APLICACIONES

Mecanizado de piezas sin simetría de revolución.

• COMBINACIÓN DE DOS MOVIMIENTOS

DIFERENTES:

El movimiento principal o de corte

El movimiento de avance

• MOVIMIENTO PRINCIPAL

Giro de la herramienta

Consumo de Potencia y Velocidad mayor que el

movimiento de avance.

• MOVIMIENTO DE AVANCE

Lo más común es disponer de una fresadora de

3 grados de libertad (XYZ).

Para dar una idea: En una operación de fresado

como la de la derecha, por cada giro la fresa

solo avanza 0.10.2 mm.

Mov. Avance

Mov. Principal

Mov. Avance


1. Introducción

DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE FRESADO

• PROCESO MUY VERSATIL POR DOS MOTIVOS

Posibilidad de variar la dirección del

movimiento de avance.

Posibilidad de cambiar la geometría de la fresa.


Planeado

2. Operaciones comunes


Escuadrado



Mecanizado de cajeras


Fresas con filo al centro


Mecanizado de superficies complejas



3. Herramientas de Fresado

PARTES DE UNA HERRAMIENTA DE FRESADO:

• SE DIVIDE EN:

• Mango

• Parte Cortante

• EN LA PARTE CORTANTE:

Suele disponer de varios filos. En cada uno de

ellos:

• Filo Principal

• Filo Secundario

• Superficie de incidencia

• Superficie de desprendimiento

• Punta del diente

Superficie de

incidencia

Supf. de

desprendimiento

Filo secundario

Plaquita de

asiento

Punta del

diente

Filo

principal

Plaquita de

corte

Alojamiento

para la viruta

Superficie de

incidencia Superficie de

desprendimiento

Filo secundario


ÁNGULOS DE LOS FILOS DE UNA FRESA

• SE PUEDEN DEFINIR:

• Ángulo de posición de filo principal (r)

• Ángulo de posición de filo secundario (’r)

• Ángulo de desprendimiento ()

• Ángulo de incidencia ()


Superficie de

desprendimiento

Sección AA

a Vc

(-)

(+)

r r

Velocidad de

Avance N

Vel.

Avance

Secc. AA

Pieza

Diente

Viruta

Superficie de

incidencia

Sección AA

Vc


ÁNGULOS DE LOS FILOS DE UNA FRESA

• SE PUEDEN DEFINIR:

• Ángulo de posición de filo principal (r)

• Ángulo de posición de filo secundario (’r)

• Ángulo de desprendimiento ()

• Ángulo de incidencia ()


Ángulo de desprendimiento axial (a)

Ángulo de desprendimiento radial (r)

a

r

Doblemente negativa Doblemente positiva Positiva - negativa

Mayor Robustez del filo

Mejor flujo de la viruta


ACCIÓN DE CADA DIENTE EN LA PIEZA

• LOS FILOS DE UNA FRESA GIRAN Y SE TRASLADAN

SIMULTANEAMENTE:

• Se genera un corte intermitente: El filo entra y sale de la pieza.

• La cantidad de material que arranca varía según la posición.


Mov.

Avance

Mov.

Principal

Filo 1

Filo 2

Filo 3

Filo 1

Filo 2

Filo 3


4. Parámetros de Fresado

PARÁMETROS BÁSICOS DE UNA OPERACIÓN DE

FRESADO

• Velocidad de Corte (m/min):

• Profundidad de Pasada radial (ae) y axial (ap)

ae y ap (mm)

• Velocidad de Avance (mm/min):

Vf (mm/min)

• Avance por filo (mm)

Vc: Velocidad de corte (m/min)

D: Diámetro de la fresa en mm

N: Veloc. de rotación (rpm)

fz: Avance por filo (mm/filo)

Vf: Velocidad de avance (mm/min)

N: Veloc. de rotación (rpm)

z: Número de filos de la fresa

N Vc

ap

ae

zN

Vf

f

z

1000

NDVc

Vf

N

fz



AVANCE POR DIENTE Y ESPESOR DE VIRUTA

• El espesor de viruta (ac) varía a lo largo del recorrido del diente.

El espesor de viruta depende de la posición radial del diente,

definida por el ángulo .

r ac

fz·sin()

r

Vf

Si r=90º

ac2

acmax=fz

ac1

Trayectorias de

los filos

fz

ac

sinzc fa

Si r 90º

rc fza sinsin



SECCIÓN DE VIRUTA

• La sección de viruta (Sc), representa la sección de material que

está siendo arrancada por un diente, y se obtiene multiplicando

el espesor de corte por la anchura de corte.

r ac

Sc1

Sc

Sc2 Sc3

aw

wcc aaS

Trayectoria

de los filos

Dado que varía el espesor de corte en cada

instante, la sección de viruta también varía

Sc



FUERZA DE CORTE

• Es la fuerza originada en el proceso de fresado.

• Al igual que en el caso de torneado, depende

del material y de los parámetros de corte.

• La fuerza de corte en fresado es variable por

dos motivos: Sc es variable y ps es función de

ac que también es variable.

Fc

Fa

Fr

Fuerza Axial

Fuerza Radial

Fuerza de corte

Sc

ac

ac

ps csc SpF

Zona habitual

en torneado

Zona habitual

en fresado



FUERZA DE CORTE

• Es la fuerza originada en el proceso de fresado.

• Al igual que en el caso de torneado, depende

del material y de los parámetros de corte.

• La fuerza de corte en fresado es variable por

dos motivos: Sc es variable y ps es función de

ac que también es variable.

Fc

Fa

Fr

Fuerza Axial

Fuerza Radial

Fuerza de corte

0

Fu

erz

a d

e c

ort

e (

N)

Tiempo (s)

200

-100

0,1



POTENCIA DE CORTE

• Como la fuerza de corte Fc es variable con el tiempo y en un cierto instante puede

haber varios dientes en corte, no es posible un cálculo simple de la potencia.

• Por ello, se obtiene un valor promediado a partir del valor medio del espesor de

viruta.

ccswcccscccc VtapataVaptSVtFP ))(()()()()(

Sc(ac)=Sc(t)

ac(t)

¡¡Cálculo complicado!!

Se obtiene un valor medio de la potencia

consumida Pm multiplicando un valor medio de

la energía específica de corte ps* por el

volumen total de viruta mecanizado por unidad

de tiempo:

epfcsm aaVapP )(*

El valor medio de la energía específica de corte

se obtiene de tablas a partir del valor medio del

espesor de corte (ac)

D

senfadaa rze

cc

21

0


5. Fresadoras: Descripción y

algunas arquitecturas

PARTES DE UNA FRESADORA:

• La fresadora es la máquina-herramienta

que se utiliza para llevar a cabo el proceso

de fresado.

• LA FRESADORA DEBE APORTAR LOS

SIGUIENTES MOVIMIENTOS

• Giro de la fresa a diferentes velocidades y

con la potencia suficiente.

• Movimiento de avance relativo entre la

herramienta y la pieza en cualquier

dirección de avance.

• ADEMÁS …

• Los movimientos deben ser precisos.

• Se debe sujetar la pieza y las herramientas

con la fuerza suficiente.

Cabezal

Mesa

Herramienta

Consola

Guías

Co

lum

na

Carro


TIPOS DE FRESADORAS:

• Al contrario que otras máquinas-

herramientas, existen muchos tipos de

fresadoras en función del tipo y tamaño de

pieza que se desea mecanizar.

• Fresadoras manuales, los movimientos de

avance se consiguen mediante sistemas

mecánicos que se accionan a mano.

• Fresadoras de CN: los movimientos de

avance son accionados por servomotores,

que ejecuta un programa.



Foto de www.haas.com

Foto de www.hermle.de

El eje de la

fresa es

vertical

El eje de la

fresa es

horizontal


ALGUNAS ARQUITECTURAS:

• En la figura se muestran 7 tipos de arquitecturas de fresadoras de 3 ejes.



Y

Y


1. A pesar de que el proceso de fresado sea muy versátil, piensa en geometrías de pieza que sean

muy difíciles/imposibles de realizar mediante fresado.

2. ¿Cual es el número máximo de ejes que suelen incorporar las fresadoras? ¿Qué ventajas puede

tener incorporarlos?¿Y qué desventajas?

3. En las operaciones de torneado, la viruta puede enredarse entre la herramienta y la pieza lo que

genera grandes problemas para poder retirarla de la zona de trabajo, sin embargo en fresado esto

no es ningún problema. ¿Podrías explicar por qué?

4. Dibuja una secuencia de golpeo de varios filos sobre una pieza. ¿A partir de este dibujo podrías

obtener una relación entre los parámetros de fresado y la rugosidad superficial resultante? ¿Qué

parámetro es el más influyente?

5. Además de la fuerza de corte hay otras dos componentes: Radial y tangencial ¿Puedes explicar

cómo influye cada una de estas componentes en el proceso de fresado?



6. ¿Qué ventajas puede tener utilizar una fresadora horizontal frente a una vertical?

7. ¿Qué ventaja puede tener utilizar una fresadora donde el movimiento de los ejes sea transmitido

directamente a la herramienta, mientras que la mesa donde se coloca la pieza permanece

inmóvil?



7. Algunas empresas y productos…

Troquelería BATZ S. Coop.

Fresado de grandes matrices de estampación.

Localización: Igorre (Bizkaia)

www.batz.com

Rodete de turbina fabricado por

Talleres Aratz S.A.

MASA: Mecanizaciones Aeronáuticas S.A.

Fresado de piezas aeronáuticas para fuselajes de

aeronaves.

Localización: Agoncillo (La Rioja)

www.masa.aero

Talleres de precisión GAI

Fresado de piezas de precisión.

Localización: Zaldibar (Bizkaia)

www.sikulan.com

Talleres Aratz S.A.

Fabricante de piezas de alta complejidad: Turbinas y elementos de rodetes para

sector hidroeléctrico, piezas para satélites, prototipos,…

Localización: Vitoria (Álava)

www.sea.es/aratz

Matrici S. Coop.

Fabricante de troqueles y utillajes de estampación

Localización: Zamudio (Bizkaia)

www.matrici.com

Dada la versatilidad del fresado, existen muchas

empresas que realizan operaciones de fresado para

acabar determinadas zonas. Además, existen muchos

fabricantes de fresadoras en la CAV (Ver temas 15 y 16)

Simulación del fresado de una pieza del

fuselaje de una aeronave en MASA.

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